Трехфазный инвертор со звеном повышенной частоты и напряжения

ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР СО ЗВЕНОМ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ И НАПРЯЖЕНИЯ Задачей изобретения является создание трехфазного транзисторного инвертора со звеном повышенной частоты и напряжения и с упрощенной системой управления транзисторами. Техническим результатом изобретения является: повышение частоты напряжения и надежности инвертора при исключении прохождения сквозных токов, снижение материалоемкости путем упрощения элементов управления транзисторами. Это достигается тем, что эмиттеры трех транзисторных модулей подключены к катоду первого диода, а анод первого диода подключен к концу вторичной обмотки трансформатора, который подключен к катоду второго диода, а анод второго диода подключен к трем коллекторам транзисторных модулей, трехфазная нагрузка подключена к трем средним точкам транзисторных модулей, а нулевая точка трехфазной нагрузки соединена с вторым концом вторичной обмоткой трансформатора, при этом транзисторные модули управляются драйвером управления со сдвигом фаз относительно друг друга на 120."НАЗАРБАЕВ УНИВЕРСИТЕТ РИСЕЧ ЭНД ИННОВЭЙШН СИСТЕМ"; ТЕН ВИКТОР ВИЛЬГЕЛЬМОВИЧ; ИСЕМБЕРГЕНОВ НАЛИК ТУРЕГАЛИЕВИЧ; МАТКАРИМОВ БАКЫТ ТУРГАНБАЕВИЧ (KZ) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве трехфазного инвертора для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение постоянной частоты. Известно изобретение, содержащее трансформатор, трехфазный мост, диоды, элементы управления транзисторами (Патент Российской Федерации 2290743, 2006). Однако недостатком этого изобретения является наличие большого количества транзисторов, использование которых способствует снижению КПД и повышению материалоемкости инвертора, усложняя при этом систему его управления. Известна полезная модель инвертора, наиболее близкая по технической сущности к заявляемому техническому решению, содержащая трансформатор, трехфазный мост, элементы управления транзисторами (Патент Российской Федерации 2008119921/22, 2008). Недостатками данного инвертора является сложность в угле регулирования управляемого инвертора, что может привести к возникновению сквозных токов в инверторе. Задачей изобретения является создание трехфазного транзисторного инвертора со звеном повышенной частоты и напряжения и с упрощенной системой управления транзисторами. Техническим результатом изобретения является: повышение частоты напряжения и надежности инвертора при исключении прохождения сквозных токов, снижение материалоемкости путем упрощения элементов управления транзисторами. Это достигается тем, что эмиттеры трех транзисторных модулей подключены к катоду первого диода, а анод первого диода подключен к концу вторичной обмотки трансформатора, который подключен к катоду второго диода, а анод второго диода подключен к трем коллекторам транзисторных модулей,трехфазная нагрузка подключена к трем средним точкам транзисторных модулей, а нулевая точка трехфазной нагрузки соединена с вторым концом вторичной обмоткой трансформатора, при этом транзисторные модули управляются драйвером управления со сдвигом фаз относительно друг друга на 120. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена электрическая схема трехфазного инвертора со звеном повышенной частоты и напряжения; на фиг. 2 представлена диаграмма работы транзисторов (драйверов управления) трехфазного транзисторного инвертора; на фиг. 3 представлены результаты моделирования работы трехфазного транзисторного инвертора. Трехфазный инвертор со звеном повышенной частоты и напряжения содержит однофазный инвертор И, который подключен к первичной обмотке трансформатора Тр-т, а две вторичные обмотки трансформатора одним концом через два диода Д 1 и Д 2 подключены к трехфазному транзисторному инвертору, содержащему шесть транзисторов Т 1-Т 6 и драйверы управления ДУ 1-ДУ 2, а вторым концом соединен с нулем трехфазной нагрузкой Ra, Rb и Rc. Трехфазный инвертор со звеном повышенной частоты и напряжения работает следующим образом. Инвертором И постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение высокой промежуточной частоты fп. Трансформатором переменное напряжение высокой промежуточной частоты fп повышается до требуемого значения (фиг. 1) и подается на три транзисторных модуля через диоды Д 1 и Д 2. Транзисторные модули состоят из двух последовательно включенных транзисторов T1, Т 2; Т 3, Т 4; Т 5, Т 6 с обратными диодами и соответствующими драйверами управления ДУ 1, ДУ 2, ДУ 3 (фиг. 1), причем транзисторный модуль имеет три вывода: эмиттер, коллектор и средняя точка. Драйвером в силовой электронике называют микросхему или устройство, управляющее транзистором (MOSFET, IGBT и т.д.) и выполняющее защитные и сервисные функции. Главной задачей драйвера управления является согласование уровней импульсов, вырабатываемых контроллером, с сигналами управления затвора транзистора. С момента времени t = 0 (фиг. 2) открывается транзистор T1 транзисторного модуля, и положительный период тока будет протекать от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод Д 1, открытый транзистор T1, фазное сопротивление нагрузки Ra, к средней точке (к нулю) вторичной обмотки трансформатора (в схеме отмечена пунктирными стрелками). При этом в нагрузку от источника переменного тока (трансформатора) попадают импульсы выпрямленного однополупериодного напряжения, количество которого зависить от промежуточной частоты fп. В момент времени t = Т/2, где Т - период напряжения (фиг. 2) транзистор T1 закрывается, и открывается транзистор Т 2 первого транзисторного модуля, при этомотрицательный период тока будет протекать от средней точки (от нуля) вторичной обмотки трансформатора через фазное сопротивление нагрузки Ra, открытого транзистора Т 2 и диод Д 2 к минусу вторичной обмотки трансформатора (в схеме направление тока отмечено сплошными стрелками). Так формируется положительная и отрицательная полуволна выходного напряжения в фазы А, которое будет иметь одноступенчатую выпрямленную форму. В момент времени t = Т (фиг. 2) транзистор Т 2 закрывается, и открывается транзистор T1, и происходит формирование положительного периода тока. Здесь следует отметить, что можно регулировать частоту инвертора, что приводит к изменению промежуточной частоты выходного напряжения трансформатора на каждом периоде. Изменение промежуточной частоты приводит к тому, что напряжения на нагрузке регулируется как широтно-импульсная модуляция. Формирование положительного и отрицательного периода тока в фазе В происходит аналогично,только начальный момент времени будет сдвинут на 120, т.е. на t = 2 Т/3 (фиг. 2). В этот момент времени открывается транзистор Т 3 второго транзисторного модуля, и положительный период тока будет протекать от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод Д 1, открытый транзистор Т 3, фазное сопротивление нагрузки Rв, к средней точке (к нулю) вторичной обмотки трансформатора (в схеме отмечена пунктирными стрелками). При этом в нагрузке Rв будут импульсы выпрямленного однополупериодного напряжения с промежуточной частоты квантования fп. В момент времени t = 2 Т/3+Т/2 (фиг. 2) транзистор Т 3 закрывается, и открывается транзистор Т 4,при этом отрицательный период тока будет протекать от средней точки (от нулю) вторичной обмотки трансформатора через фазное сопротивление нагрузки Rв, открытый транзистор Т 4 и диод Д 2 к минусу вторичной обмотки трансформатора (в схеме направление тока отмечено сплошными стрелками). Так формируется положительная и отрицательная полуволна напряжения в фаз В, которая будет иметь такую же форму, как в фазе А, только сдвинутый на 120. Формирование напряжения в фазе С происходит аналогично, только начальный момент времени будет сдвинут на -120, т.е. t = -2 Т/3 (фиг. 2). В момент времени t = -2 Т/3 открывается транзистор Т 6, и ток отрицательного периода будет протекать от средней точки (от нулю) вторичной обмотки трансформатора через фазное сопротивление нагрузки Rc, открытый транзистор Т 6 (в схеме отмечена пунктирными стрелками) к диоду Д 2 и минусу вторичной обмотки трансформатора. При этом в нагрузке Rc будут импульсы выпрямленного однополупериодного напряжения обратной полярности с промежуточной частотой квантования fп. В момент времени t = -2 Т/3+Т/2 (фиг. 2) транзистор Т 6 закрывается, и открывается транзистор Т 5,при этом положительный период тока будет протекать от средней точки (от нуля) вторичной обмотки трансформатора через фазное сопротивление нагрузки Rc, открытый транзистор Т 6, к минусу вторичной обмотки трансформатора (в схеме направление тока отмечено сплошными стрелками). Так формируется отрицательный и положительный полупериоды напряжения в фазе С, которая будет иметь такую же форму, как в фазе А, но опережать фазу А на 120. На фиг. 3 показаны выходные напряжения всех трех фаз инвертора, т.е. на трехфазной нагрузке. Напряжение на выходе трехфазного транзисторного инвертора имеет ступенчатую форму, состоящую из однополупериодных выпрямленных напряжений высокой частоты. При заданной частоте напряжения на нагрузке f, как правило это 50 Гц, можно определить число выпрямленных периодов напряжения промежуточной частоты, которое равно где fп - промежуточная частота на выходе инвертора, n - число выпрямленных периодов напряжения промежуточной частоты, заданная частота напряжения на нагрузке f. Как видно из графика выходного напряжения (фиг. 2) и из последнего выражения (1), на нагрузке происходит формирование напряжения необходимой частоты из выпрямленных напряжений высокой промежуточной частоты. Например, при промежуточной частоте на выходе инвертора fп = 20000 Гц и частоте напряжения на нагрузке, равной fп = 50 Гц, число выпрямленных полупериодов n будет равено Известно, что при высокой частоте напряжения массогабаритные размеры трансформатора снижаются, что приводит к снижению в целом материалоемкости инвертора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Трехфазный инвертор со звеном повышенной частоты и напряжения, включающий трансформатор,трехфазный мост и элементы управления транзисторами, отличающийся тем, что эмиттеры трех транзисторных модулей подключены к катоду первого диода, а анод первого диода подключен к концу вторичной обмотки трансформатора, который подключен к катоду второго диода, а анод второго диода подключен к трем коллекторам транзисторных модулей, трехфазная нагрузка подключена к трем средним точкам транзисторных модулей, а нулевая точка трехфазной нагрузки соединена с вторым концом вторичной обмоткой трансформатора, при этом управляемые драйверами управления транзисторные модули обеспечивают формирование сдвига фаз относительно друг друга на 120.